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1、理清电功、电功率物理量及单位随着对电学内容的进一步学习,对电功和电能、电功率的理解、计算等问题将成为今后一段时期学习的重点.因此对于它们的物理意义及所涉及的单位,就需要有明确的、清晰的认识,并能加以灵活应用.首先,要了解这两个物理量及其单位:(如下表)其次,让我们来分析一下两者的区别:(1)电功和电功率两个物理量一个是表示电流做功(消耗电能)的多少,一个是表示电流做功的快慢,分别用不同的英文字母来表达;(可以这样来理解:英文中的work有"工作”的意思,因此,通常用首字母W表示做功;而英文中的power有“功率”的意思,因此,通常用首字母P表示功率
2、•)(2)为纪念英国物理学家焦耳,功的国际单位制单位为焦(耳)(J),在电学中,还有一常用单位“千瓦时”,它们之间的换算关系为lkW・h=3.6X106J;(下文有推导和解释)(3)为纪念英国工程师、发明家瓦特,功率的基本单位规定为瓦(特)(W),还有一些常用单位,如千瓦、毫瓦等,它们之间的换算关系为1kW=103W.lmW=10-3W.在电学中,电功和电功率单位的构成与它们的公式密切相关,并因欧姆定律公式参与其中的推导而呈现多样的特点,所以要在公式如何构成的环节中思考,才能对它们有更深层次的理解•下面,我们将一一进行整理和分析:一、电功W及其单位
3、的构成电功W指的是电流通过用电器做功,与机械功的概念不同,它体现在能量转化的层次上(电能转化为其他形式能的过程就是电流做功的过程).(1)当涉及与影响电功大小因素时,电功的计算公式是W=UIt,在此公式中,对应单位分别是J、V、A、s,即1J=1V•A•s.因此,W=1J的物理意义是:当某用电器两端电压为IV,通过的电流为1A时,该用电器在Is内消耗的电能就是1J.另外,利用欧姆定律,W二Ult可以变形为:W二I2Rt和W=Ht,由公式可知1J=1A2•Q•s和1J二1・・(2)当涉及用电器的功率及通电时间时,电功的计算公式是W=Pt,在此公式中,
4、对应单位分别为J、W、s・即1J二lW・s.注意:还有另一种对应的单位,分别是kW・h、kW和h,即lkW-h=lkW•lh,读作1千瓦时二1千瓦乘以1小时.因此,W=1J的物理意义是:当电功率为1W的用电器正常工作Is时,该用电器消耗的电能就是1J(或W=lkW-h的物理意义是:当功率为lkW的用电器正常工作lh时,该用电器消耗的电能为lkW-h).二、电功率P及其单位的构成电功率是反映用电器(电流做功)消耗电能快慢的物理量.(1)当涉及影响电功率影响因素时,它的计算公式是P二UI,在此公式中,对应的单位分别为W、V、A,即1W=1V•A.因此,
5、P=1W的物理意义是:当用电器两端电压为IV,通过的电流为1A时,该用电器消耗的电功率即为1W.同样,利用欧姆定律,公式P=UI可以变形为:P=I2R和P=・,由公式可知1W=1A2・Q和1W=1B.(2)当涉及电功率与电功、通电时间关系时,它的计算公式是P=B,在此公式中,对应的单位分别为W、J、s(或kW、kW・h、h),即1W=1J/s[或lkW=lkW・h/h(即lkW)].因此,P=1W的物理意义是:当用电器在Is内消耗1J的电能时,该用电器的电功率即为1W(或P二lkW的物理意义是:当用电器在lh内消耗1kW•h的电能时,该用电器的电功
6、率即为lkW).在了解上述电功与电功率相关内容时,还需要注意下面几个关系:(一)kW•h与J的关系日常生活中,常见这样的事例:假如每度电的价格是0.52元,那么当我们知道家中一个月消耗掉多少度电时,便可以知道一个月的电费了.在上述事例中,我们发现“度”这个字眼•它是日常生活中常见的一种表示耗电多少的单位,如同我们在买菜时提到的“斤”“两"等单位一样,它是电能(电功)这个物理量的“常用名”,它的“学名”是“千瓦时”,用kW・h表示•我们在电能表上能发现这个单位.现在,我们来具体分析这个单位,当电流通过各种用电器的时候,电能会转化成其他形式的能,在这一
7、过程中,电流就做了功•利用初学“功”概念时的两个常用公式:W=Fs和W二Pt分析,显然,W=Fs在电学中是无法使用的,而后者,只需要知道(电)功率和(通电)工作时间便可以计算出功的大小了,单位自然也就是电功率的单位和通电时间的单位组合而成了•你会发现:如果在代入功率数值时以千瓦做单位,用小时作为时间数值的单位代入,那么它们组成复合单位便是“千瓦时”这个常用单位了.例1一用电器功率是0.lkW,通电正常工作10h内,它消耗电能是多少?计算过程是:W=Pt=O.lkWX10h=lkW・h,即消耗lkW・h的电能.那么,如果将kW换算成W,将h换算成s进
8、行代入计算,结果会怎么样呢?计算过程是:W=Pt=lOOWX36000s=3.6X106W・s=3.6X106J.显然,计